UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL

Tahyara Barbalho Fontoura

COMPORTAMENTO TENSO - DEFORMAO E RESISTNCIA AO

CISALHAMENTO DE UMA AREIA DE DUNA CIMENTADA

ARTIFICIALMENTE

NATAL/ FEVEREIRO

2015

TAHYARA BARBALHO FONTOURA

COMPORTAMENTO TENSO - DEFORMAO E RESISTNCIA AO

CISALHAMENTO DE UMA AREIA DE DUNA CIMENTADA

ARTIFICIALMENTE

Dissertao apresentada ao

Programa de Ps-graduao em

Engenharia Civil da Universidade

Federal do Rio Grande do Norte-

UFRN, como requisito parcial

obteno do ttulo de mestre.

Orientador: Olavo Francisco dos Santos Junior

Co-orientador: Ricardo Nascimento Flores Severo

NATAL/ FEVEREIRO

2015

F684C Fontoura, Tahyara Barbalho.

Comportamento tenso deformao e resistncia ao

cisalhamento de uma areia de duna cimentada artificialmente. /

Tahyara Barbalho Fontoura. Natal, RN, 2015.

168 f.

Orientador: Prof. Dr. Olavo Francisco dos Santos Junior.

Dissertao (Ps-graduao em Engenharia Civil) -

Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de

Tecnologia. Departamento de Engenharia Civil.

1. Engenharia Civil Dissertao. 2. Solo cimentado

Dissertao. 3. Ensaios triaxiais Dissertao. 4. Compresso

simples Dissertao. I. Santos Junior, Olavo Francisco. II.

Universidade Federal do Rio Grande do Norte. III. Ttulo.

UFRN/CT/DEP CDU 624.15

ii

TAHYARA BARBALHO FONTOURA

COMPORTAMENTO TENSO - DEFORMAO E RESISTNCIA AO

CISALHAMENTO DE UMA AREIA DE DUNA CIMENTADA

ARTIFICIALMENTE

Dissertao apresentada ao

curso de Ps-graduao em

Engenharia Civil da Universidade

Federal do Rio Grande do Norte-

UFRN, como requisito parcial

obteno do ttulo de mestre.

BANCA EXAMINADORA

_________________________________________________________ Prof. Dra. Maria Del Pilar Durante Ingunza Presidente Examinadora Interna

_________________________________________________________

Prof. Dr. Ricardo Nascimento Flores Severo Co-orientador (IFRN)

__________________________________________________________ Prof. Dr. Roberto Quental Coutinho - Examinador Externo Instituio (UFPE)

__________________________________________________________

Prof. Dr. Antonio Joaquim Pereira Viana da Fonseca Examinador Externo Instituio (FEUP)

Natal, 20 de Fevereiro de 2015.

iii

Tudo o que fizerem, seja em palavra seja em ao, faam-

no em nome do Senhor Jesus, dando por meio dele graas a

Deus Pai. Colossenses 3:17

iv

AGRADECIMENTOS

Agradeo

A Deus. Em primeiro lugar agradeo a Ele por todas as lutas enfrentadas e

vitrias alcanadas. Agradeo pela ddiva da vida, pelas oportunidades oferecidas e

pela famlia e amigos que estiveram presentes em todos os momentos.

Aos meus pais Ktia Barbalho e Cludio Fontoura. Sem dvida, so os

principais responsveis por todo meu crescimento. Agradeo todo o carinho, apoio,

educao e compreenso ao longo de toda a minha vida. Agradeo pelos pais

incomparveis que so e sempre sero!

A minha irm Tahyn Barbalho e Maria Aparecida, pelas amigas que so. Por

estarem sempre presentes em todas as horas em que precisei, seja brigando,

apoiando, rindo ou chorando.

Ao meu av Gilberto Barbalho, que sempre foi um grande incentivador dos

meus estudos, me dando todo o apoio e as condies necessrias para que eu

continuasse a jornada.

As amigas Ana Marlia Dutra, Juliana Ferreira, Juzianne Paz e Myrna Raquel,

que desde os tempos da escola esto presentes em minha vida, sendo responsveis

por grande parte dos meus sorrisos e pelas distraes em semanas aperreadas.

Obrigada pelo apoio e pelas alegrias!

Ao meu orientador, Professor Olavo Francisco dos Santos Jnior, meu

professor desde a graduao, por toda a disposio e envolvimento para que este

trabalho viesse a vingar. Apesar da distncia devido ao seu ps-doutorado, nunca

deixou de me acompanhar e ajudar no desenvolvimento do trabalho, sempre

procurando abrir portas ao meu crescimento profissional. Agradeo pela confiana

depositada.

v

Ao meu co-orientador, Professor Ricardo Nascimento Flores Severo, pela

prontido incondicional em me orientar, mesmo nas semanas de Natal e Ano Novo.

Agradeo por toda dedicao que teve em aperfeioar o trabalho com seus

conhecimentos desde sua participao na banca de qualificao. Seu

acompanhamento foi fundamental para o xito alcanado.

coordenadora do Programa, Professora Ada Cristina Scudelari, pela

dedicao em elevar a conceituao do mesmo e pela competncia em realizar tal

tarefa. Sou grata tambm aos professores do Programa de Ps-graduao em

Engenharia Civil, pelo empenho na transmisso de todos os conhecimentos to

essenciais.

Secretria do Programa de Ps-graduao em Engenharia Civil, Rafaella

Kaline Costa Xavier, pela amizade e auxlio nas tarefas burocrticas exigidas pela

Fapern e UFRN.

Aos tcnicos do laboratrio Joo Batista e Paulo Leite pela disposio em me

ensinar tudo que precisei aprender para a realizao dos ensaios dessa pesquisa e

pela amizade.

Aos colegas de mestrado, em especial a Andr Augusto Nbrega e a Luiz Filipe

Pinheiro, e aos bolsistas do laboratrio que estiveram presentes nessa jornada. Sou

grata pela amizade e pelos dias agradveis que passei em suas companhias.

Universidade Federal do Rio Grande do Norte e ao Programa de Ps-

graduao em Engenharia Civil pela oportunidade de realizar meus estudos de

mestrado. Agradeo tambm Fapern e Capes pela concesso da bolsa de estudo.

vi

COMPORTAMENTO TENSO - DEFORMAO E RESISTNCIA AO

CISALHAMENTO DE UMA AREIA DE DUNA CIMENTADA

ARTIFICIALMENTE

Tahyara Barbalho Fontoura

Professor Orientador: Olavo Francisco dos Santos Junior

Professor Co-orientador: Ricardo Nascimento Flores Severo

RESUMO

Nas ltimas dcadas vrios trabalhos vm sendo realizados no sentido de

compreender o comportamento dos solos com cimentao (natural ou artificial) entre

as partculas. As areias, objeto de estudo desse trabalho, geralmente apresentam boa

capacidade de suporte. Entretanto, muitas vezes se faz necessria a realizao de

melhoramento do solo, para aumento da capacidade de suporte esttica ou mesmo

de se considerar o efeito da cimentao natural que ocorre em algumas areias. Para

isso, necessrio que se compreenda o comportamento mecnico dos solos

cimentados. O objetivo geral deste estudo foi descrever o comportamento tenso -

deformao - resistncia de uma areia originria de Dunas de Natal cimentada

artificialmente atravs de ensaios de compresso simples e ensaios de compresso

triaxial drenados. Foi avaliada a influncia do teor de cimento, da umidade de

moldagem, do ndice de vazios e da tenso confinante sobre a resistncia e verificada

a validade do uso do fator vazios/cimento na estimativa da resistncia compresso

simples, da resistncia ao cisalhamento em condies drenadas e do comportamento

tenso-deformao. As amostras dos ensaios de compresso simples foram

moldadas com diferentes teores de umidade de moldagem (6%, 9% e 12%), diferentes

teores de cimento (2,5%; 5,0%; 7,5% e 10%) e ndice de vazios de 0,6. Nos ensaios

de compresso triaxial, todas as amostras foram moldadas na umidade de 6%, com

vii

trs ndices de vazios (0,6; 0,7 e 0,8) e quatro teores de cimento (0,0%; 2,5%; 5,0% e

7,5%), sendo rompidas sob diferentes tenses confinantes (50, 100, 200 e 300 kPa).

O agente cimentante utilizado foi o Cimento Portland de Alta resistncia inicial

resistente aos sulfatos (CP-V ARI RS). Concluiu-se que, a resistncia a compresso

simples cresce com o aumento do teor de cimento e com a diminuio da umidade de

moldagem. Quanto a resistncia ao cisalhamento, verificou-se que esta aumenta com

o aumento da quantidade de cimento e com a diminuio do ndice de vazios.

Percebeu-se ainda que a variao nos valores de ngulo de atrito se mostrou

praticamente negligencivel quando comparado com a variao do intercepto coesivo.

Por fim, foi verificado que o fator vazios/cimento mostrou-se ser um parmetro muito

eficaz e confivel na previso do comportamento da areia de Natal para dosagem de

solo-cimento.

Palavras-chaves: Solo Cimentado; Ensaios Triaxiais; Compresso Simples.

viii

STRESS-STRAIN BEHAVIOR AND SHEAR STRENGTH OF

ARTIFICIALLY CEMENTED DUNE SAND

Tahyara Barbalho Fontoura

Advisor: Olavo Francisco dos Santos Junior

Co-advisor: Ricardo Nascimento Flores Severo

ABSTRACT

In recent decades a number of studies have been conducted in order to understand

the behavior of soil with cementation (natural or artificial) between particles. The sands

studied here generally exhibit good bearing capacity. However, it is often necessary to

improve the soil to increase static support capacity or even to consider the effect of

natural cementing that occurs in some sands. To that end, it is important to understand

the mechanical behavior of cemented soils. The general aim of this study was to

describe stress-strain-strength behavior of artificially-cemented sand from the Dunes

of Natal, Brazil by means of unconfined compression and drained triaxial compression

tests. The influence of cement content, molding moisture, void ratio and confining

stress on strength was assessed and the validity of using the void/cement factor in

estimating unconfined compressive strength, shear strength in drained conditions and

stress-strain behavior was determined. Unconfined compression test samples were

molded using different molding moisture levels (6%, 9% and 12%), different cement

content (2.5%; 5.0%; 7.5% and 10%) and a void ratio of 0.6. In triaxial compression

tests, all the samples were molded in 6% moisture with three void ratios (0.6; 0.7 and

0.8) and four cement contents (0.0%; 2.5%; 5.0% and 7.5%), and rupture occurred

under different confining stresses (50, 100, 200 and 300 kPa). The cementing agent

used was high-early-strength Portland cement, with sulphate resistance (CP-V ARI

RS). It was concluded that unconfined compressive strength rises with an increase in

ix

cement content and a decline in molding moisture. It was found that shear strength

increases with a rise in the amount of cement and a decrease in void ratio. It was also

observed that the variation in friction angle values was practically negligible when

compared to the change in cohesion intercept. Finally, it was found that the

void/cement factor was a very effective and reliable parameter for predicting the

behavior of Natal Sand in order to determine the soil-cement dosage.

Keywords: Cemented Soil; Triaxial Tests; Unconfined Compression.

x

SUMRIO

LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................xii

LISTA DE TABELAS .................................................................................................xix

LISTA DE SIGLAS .....................................................................................................xx

LISTA DE SMBOLOS ..............................................................................................xxi

Captulo 1 - INTRODUO 1

1.1. Consideraes iniciais ...................................................................................... 1

1.2. Relevncia e Justificativa do Trabalho ............................................................. 2

1.3. Objetivos ........................................................................................................ 4

1.3.1. Geral ............................................................................................................ 4

1.3.2. Especficos .................................................................................................. 4

1.4. Organizao da dissertao ........................................................................... 4

Captulo 2 REVISO BIBLIOGRFICA 6

2.1 Solos Estruturados ............................................................................................. 6

2.2 Solos Cimentados ............................................................................................ 12

2.2.1 Solos Residuais Naturalmente Cimentados ............................................... 12

2.2.2 Solos Sedimentares Naturalmente Cimentados ......................................... 14

2.2.3 Solos Cimentados Artificialmente ............................................................... 16

Captulo 3 PROGRAMA EXPERIMENTAL, MATERIAIS E MTODOS 30

3.1. Programa Experimental ................................................................................... 30

3.2. Materiais .......................................................................................................... 31

3.2.1. Areia de Natal - RN ................................................................................... 31

3.2.2. Cimento Portland ....................................................................................... 32

xi

3.2.3. gua destilada ........................................................................................... 35

3.3. Mtodos ........................................................................................................... 35

3.3.1. Preparao das amostras ......................................................................... 35

3.3.2. Caracterizao do solo .............................................................................. 35

3.3.3. Ensaios de Resistncia a Compresso Simples ....................................... 38

3.3.4. Ensaios Triaxiais ....................................................................................... 47

Captulo 4 APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS 63

4.1. Ensaios de Resistncia a Compresso Simples ............................................ 63

4.1.1 Comparao da areia de Natal com a areia de Osrio............................... 69

4.2. Ensaios Triaxiais Drenados na Areia de Natal ............................................... 72

4.2.1. Parmetros de Resistncia ....................................................................... 88

4.2.2. Efeito do ndice de vazios e do teor de cimento ........................................ 95

4.2.3. Efeito da Cimentao e do ndice de vazios na Resistncia

Mecnica ........................................................................................................... 121

4.2.4. Dilatncia ................................................................................................. 127

4.2.5. Efeito da Cimentao na Superfcie de Escoamento Plstico ................. 135

Captulo 5 - CONCLUSES 138

5.1 Sugestes para futuras pesquisas ................................................................. 141

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 142

xii

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Comparao entre o comportamento estruturado e desestruturado

na compresso isotrpica ou unidimensional (Fonte: Prietto 2004; baseado em:

Vaughan et al., 1988) .................................................................................................. 8

Figura 2.2 - Comportamento idealizado de um solo cimentado onde o efeito da

cimentao preponderante (Prietto, 2004; baseado em Coop; Atkinson, 1993;

Cuccovilo; Coop, 1999) ............................................................................................. 10

Figura 2.3 - Comportamento idealizado de um solo cimentado onde o efeito da

componente friccional preponderante. ................................................................... 11

Figura 2.4 - Grfico da Resistncia a compresso simples x Grau de cimentao

.................................................................................................................................. 19

Figura 2.5 - Grfico da Resistncia a compresso simples x Porosidade ................. 19

Figura 2.6 - Ajuste do fator vazios/cimento expressa em termos da porosidade e

do teor volumtrico de cimento (/Civ) ....................................................................... 20

Figura 2.7 - Resistncia compresso simples x fator vazios/cimento expresso

em termos da porosidade e do teor de cimento volumtrico. (Cruz, 2008) ............... 21

Figura 2.8 - Resistncia compresso simples x fator vazios/cimento com

coeficiente de ajuste das curvas para diversos materiais. SRAB (Solo Residual

de Arenito Botucatu), CCR (Concreto Compactado com Rolo). (Fonte: Cruz,

2008). ........................................................................................................................ 22

Figura 2.9 - Tenso x Fator vazios/cimento da areia de Osrio para as diferentes

tenses de confinamento (Cruz, 2008). .................................................................... 22

Figura 2.10 - Tenso-deformao d = 17,2 kN/m; c = 20kPa. A1 = 17,2

kN/m ......................................................................................................................... 24

Figura 2.11 - Tenso-deformao C = 5%; c = 20kPa. A1 = 17,2 kN/m, A2 =

18,0 kN/m e A3 = 18,8 kN/m ................................................................................... 24

Figura 2.12 - Curvas tenso versus fator vazios/cimento com coeficiente de

ajuste ......................................................................................................................... 25

Figura 2.13 - Variao da resistncia compresso simples com a umidade de

moldagem da mistura solo-cimento (Fonte: Consoli, 2012) ...................................... 26

Figura 2.14 - Tenso Desviadora x Deformao Axial. (Fonte: Lopes, 2012) ........... 27

file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391287file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391287file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391287file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391288file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391288file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391288file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391289file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391289file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391292file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391292file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391299file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391299file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391300

xiii

Figura 2.15 - Relao Vv/Vci com a resistncia compresso simples para

amostras inundadas. (Fonte: Lopes, 2012) ............................................................... 28

Figura 2.16 - Relao Vv/Vci com a resistncia compresso simples para

amostras no inundadas. (Fonte: Lopes, 2012) ........................................................ 28

Figura 2.17 - Relao entre Go/qu e a razo porosidade/cimento para os solos

cimentados (Areia uniforme e Areia siltosa bem graduada). (Fonte: Consoli et al.,

2012b) ....................................................................................................................... 29

Figura 3.1 - Localizao do Parque das Dunas e da UFRN ...................................... 32

Figura 3.2 - Evoluo mdia da resistncia compresso dos distintos tipos de ..... 34

Figura 3.3 - Curva da Distribuio Granulomtrica Comparao entre Areia de

Natal e Areia de Osrio) Baseado em Cruz, 2008 ................................................. 37

Figura 3.4 - Molde Cilndrico Tripartido ..................................................................... 41

Figura 3.5 - Sequncia do Procedimento de moldagem das amostras. a) Solo em

recipiente de Porcelana. b) Mistura do solo com cimento. c) Pesagem das 4

camadas. d) Material das camadas envolto com plstico. e) Montagem do molde

e soquete de compactao. f) CP moldado. g) Desmoldagem do CP. ..................... 42

Figura 3.6 - Cmara mida - a) Cmara mida vazia. b) Cmara mida com

corpos de prova em cura. c) Detalhe da areia mida e lama bentontica no fundo

da cmara vistos de cima. ......................................................................................... 44

Figura 3.7 - Equipamentos utilizados na Compresso Simples ................................ 45

Figura 3.8 - Corpos de Prova imersos em gua ........................................................ 46

Figura 3.9 - Corpo de Prova rompido ........................................................................ 47

Figura 3.10 Representao tenso-deformao no ensaio triaxial ........................ 48

Figura 3.11 - Esquema de aplicao da tenso desviadora, ou incremento de 1

.................................................................................................................................. 49

Figura 3.12 - Vista completa do equipamento utilizado (PAVITEST) ........................ 53

Figura 3.13 Prensa Wykeham-Farrance. a) Vista completa da Prensa. b)

Engrenagens e marchas que controlam a velocidade da Prensa ............................. 54

Figura 3.14 - a) Clula de carga. b) LVDT ................................................................ 54

Figura 3.15 - Medidor de volume. a) Vista completa do medidor de volume. b)

Mangueiras que conectam o medidor de volume clula triaxial. ............................ 55

Figura 3.16 - Componentes do Equipamento PAVITEST. a) Controle Geral de

Presso. b) Vlvulas reguladoras de presso. c) Clulas de interface. d) Linhas

de Presso. ............................................................................................................... 56

file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391308file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391308file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391308file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391308file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391310file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391318file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391318file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391319file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391319file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391319

xiv

Figura 3.17 - Corpo de Prova submerso em gua dentro de um Becker. ................. 57

Figura 3.18 - Montagem na clula triaxial. a)Colocao do CP na base junto com

as pedras porosas. b) Colocao da membrana. c) Membrana colocada. d)

Colocao dos anis fixadores e da mangueira de percolao interna de gua.

e) Fechando a clula. f) Preenchimento da clula triaxial com gua. ....................... 58

Figura 3.19 - Amostras depois da ruptura. a) Amostra compacta. b) Amostra fofa.

.................................................................................................................................. 61

Figura 4.1 - Grfico da resistncia compresso simples x teor de cimento ........... 65

Figura 4.2 - Grfico da resistncia compresso simples x teor de umidade de

moldagem.................................................................................................................. 66

Figura 4.3 - Resistncia compresso simples pelo inverso do volume de

cimento ...................................................................................................................... 67

Figura 4.4 - Resistncia compresso simples x Relao vazios/cimento .............. 68

Figura 4.5 - Variao da resistncia compresso simples com a umidade de

moldagem.................................................................................................................. 69

Figura 4.6 - Grfico da resistncia a compresso simples x fator vazios/cimento

(Elaborado com os resultados obtidos por Lopes, 2012) .......................................... 70

Figura 4.7 - Resistncia a compresso simples em funo do fator

vazios/cimento (Fonte: Cruz,2008) ............................................................................ 71

Figura 4.8 - Comparao entre a areia de Natal e a areia de Osrio ........................ 72

Figura 4.9 Tenso Deformao, Variao Volumtrica e Envoltrias para E1

= 0,6 e C = 0,0% ....................................................................................................... 74

Figura 4.10 - Tenso Deformao, Variao Volumtrica e Envoltrias para E1

= 0,6 e C = 2,5% ....................................................................................................... 75

Figura 4.11 - Tenso Deformao, Variao Volumtrica e Envoltrias para E1

= 0,6 e C = 5,0% ....................................................................................................... 76

Figura 4.12 - Tenso Deformao, Variao Volumtrica e Envoltrias para E1

= 0,6 e C = 7,5% ....................................................................................................... 77

Figura 4.13 - Tenso Deformao, Variao Volumtrica e Envoltrias para E2

= 0,7 e C = 0,0% ....................................................................................................... 78

Figura 4.14 - Tenso Deformao, Variao Volumtrica e Envoltrias para E2

= 0,7 e C = 2,5% ....................................................................................................... 79

Figura 4.15 - Tenso Deformao, Variao Volumtrica e Envoltrias para E2

= 0,7 e C = 5,0% ....................................................................................................... 80

xv

Figura 4.16 - Tenso Deformao, Variao Volumtrica e Envoltrias para E2

= 0,7 e C = 7,5% ....................................................................................................... 81

Figura 4.17 - Tenso Deformao, Variao Volumtrica e Envoltrias para E3

= 0,8 e C = 0,0% ....................................................................................................... 82

Figura 4.18 - Tenso Deformao, Variao Volumtrica e Envoltrias para E3

= 0,8 e C = 2,5% ....................................................................................................... 83

Figura 4.19 - Tenso Deformao, Variao Volumtrica e Envoltrias para E3

= 0,8 e C = 5,0% ....................................................................................................... 84

Figura 4.20 - Tenso Deformao, Variao Volumtrica e Envoltrias para E3

= 0,8 e C = 7,5% ....................................................................................................... 85

Figura 4.21 - Envoltrias de pico das amostras de solo puro - C = 0,0% .................. 88

Figura 4.22 - Envoltrias de pico das amostras cimentadas - C = 2,5% ................... 88

Figura 4.23 - Envoltrias de pico das amostras cimentadas - C = 5,0% ................... 89

Figura 4.24 - Envoltrias de pico das amostras cimentadas - C = 7,5% ................... 89

Figura 4.25 - Envoltrias de pico agrupadas pelo ndice de vazios E1 = 0,6 ......... 90

Figura 4.26 - Envoltrias de pico agrupadas pelo ndice de vazios - E2 = 0,7 ......... 90

Figura 4.27 - Envoltrias de pico agrupadas pelo ndice de vazios - E3 = 0,8 ......... 91

Figura 4.28 Grfico Coeso x ndice de vazios ...................................................... 93

Figura 4.29 Grfico Coeso x Teor de cimento ...................................................... 94

Figura 4.30 Correlao entre a coeso e o fator vazios/cimento ........................... 95

Figura 4.31 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 0,0%; c = 50

kPa ............................................................................................................................ 97

Figura 4.32 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 2,5%; c = 50

kPa ............................................................................................................................ 97

Figura 4.33 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 5,0%; c = 50

kPa ............................................................................................................................ 98

Figura 4.34 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 7,5%; c = 50

kPa ............................................................................................................................ 98

Figura 4.35 - Tenso-deformao e variao volumtrica E1 = 0,6; c = 50 kPa

................................................................................................................................ 100

Figura 4.36 - Tenso-deformao e variao volumtrica E2 = 0,7; c = 50 kPa

................................................................................................................................ 100

Figura 4.37 - Tenso-deformao e variao volumtrica E3 = 0,8; c = 50 kPa

................................................................................................................................ 101

file:///C:/Users/Tahyara/Desktop/Dropbox%20Tahyara/Dropbox/Dissertao%20Tahyara/DISSERTAO%20CORREO%20-%2030.07.2015.docx%23_Toc426391347

xvi

Figura 4.38 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 0,0%; c = 100

kPa .......................................................................................................................... 103

Figura 4.39 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 2,5%; c = 100

kPa .......................................................................................................................... 103

Figura 4.40 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 5,0%; c = 100

kPa .......................................................................................................................... 104

Figura 4.41 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 7,5%; c = 100

kPa .......................................................................................................................... 104

Figura 4.42 - Tenso-deformao e variao volumtrica E1 = 0,6; c = 100

kPa .......................................................................................................................... 106

Figura 4.43 - Tenso-deformao e variao volumtrica E2 = 0,7; c = 100

kPa .......................................................................................................................... 106

Figura 4.44 - Tenso-deformao e variao volumtrica E3 = 0,8; c = 100

kPa .......................................................................................................................... 107

Figura 4.45 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 0,0%; c = 200

kPa .......................................................................................................................... 109

Figura 4.46 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 2,5%; c = 200

kPa .......................................................................................................................... 109

Figura 4.47 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 5,0%; c = 200

kPa .......................................................................................................................... 110

Figura 4.48 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 7,5%; c = 200

kPa .......................................................................................................................... 110

Figura 4.49 - Tenso-deformao e variao volumtrica E1 = 0,6; c = 200

kPa .......................................................................................................................... 112

Figura 4.50 - Tenso-deformao e variao volumtrica E2 = 0,7; c = 200

kPa .......................................................................................................................... 112

Figura 4.51 - Tenso-deformao e variao volumtrica E3 = 0,8; c = 200

kPa .......................................................................................................................... 113

Figura 4.52 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 0,0%; c = 300

kPa .......................................................................................................................... 115

Figura 4.53 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 2,5%; c = 300

kPa .......................................................................................................................... 115

Figura 4.54 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 5,0%; c = 300

kPa .......................................................................................................................... 116

xvii

Figura 4.55 - Tenso-deformao e variao volumtrica C = 7,5%; c = 300

kPa .......................................................................................................................... 116

Figura 4.56 - Tenso-deformao e variao volumtrica E1 = 0,6; c = 300

kPa .......................................................................................................................... 118

Figura 4.57 - Tenso-deformao e variao volumtrica E2 = 0,7; c = 300

kPa .......................................................................................................................... 118

Figura 4.58 - Tenso-deformao e variao volumtrica E3 = 0,8; c = 300

kPa .......................................................................................................................... 119

Figura 4.59 Efeito da cimentao e do ndice de vazios na resistncia mecnica

das amostras c = 50 kPa ....................................................................................... 121

Figura 4.60 - Efeito da cimentao e da densidade na resistncia mecnica das

amostras com c = 100 kPa ................................................................................... 122

Figura 4.61 - Efeito da cimentao e da densidade na resistncia mecnica das

amostras com c = 200 kPa ................................................................................... 123

Figura 4.62 - Efeito da cimentao e da densidade na resistncia mecnica das

amostras com c = 300 kPa ................................................................................... 124

Figura 4.63 Curvas tenso versus fator vazios/cimento com coeficiente de

ajuste ....................................................................................................................... 125

Figura 4.64 Comparao entre a areia de Osrio e a areia de Natal - c = 200

kPa .......................................................................................................................... 126

Figura 4.65 - Tenso-dilatncia das amostras com E1=0,6 e c=0% ....................... 127

Figura 4.66 - Tenso-dilatncia das amostras com E2=0,7 e c=0% ....................... 128

Figura 4.67 - Tenso-dilatncia das amostras com E3=0,8 e c=0% ....................... 128

Figura 4.68 - Tenso-dilatncia das amostras com E1=0,6 e c=2,5% .................... 129

Figura 4.69 - Tenso-dilatncia das amostras com E2=0,7 e c=2,5% .................... 129

Figura 4.70 - Tenso-dilatncia das amostras com E3=0,8 e c=2,5% .................... 130

Figura 4.71 - Tenso-dilatncia das amostras com E1=0,6 e c=5,0% .................... 130

Figura 4.72 - Tenso-dilatncia das amostras com E2=0,7 e c=5,0% .................... 131

Figura 4.73 - Tenso-dilatncia das amostras com E3=0,8 e c=5,0% .................... 131

Figura 4.74 - Tenso-dilatncia das amostras com E1=0,6 e c=7,5% .................... 132

Figura 4.75 - Tenso-dilatncia das amostras com E2=0,7 e c=7,5% .................... 132

Figura 4.76 - Tenso-dilatncia das amostras com E3=0,8 e c=7,5% .................... 133

Figura 4.77 Tenso-Dilatncia de todas as amostras de areia pura. ................... 134

xviii

Figura 4.78 - Tenso-Dilatncia de todas as amostras cimentadas artificialmente.

................................................................................................................................ 134

Figura 4.79 Efeito do teor de cimento na superfcie de escoamento plstico

para E1 = 0,6 ........................................................................................................... 136

Figura 4.80 - Efeito do teor de cimento na superfcie de escoamento plstico para

E2 = 0,7 ................................................................................................................... 136

Figura 4.81 - Efeito do teor de cimento na superfcie de escoamento plstico para

E3 = 0,8 ................................................................................................................... 137

xix

LISTA DE TABELAS

Tabela 3.1 - Resumo do Programa Experimental ..................................................... 31

Tabela 3.2 - Composio do cimento Portland de alta resistncia inicial

(adaptado de ABCP, 2002). ...................................................................................... 33

Tabela 3.3 Exigncias fsicas e mecnicas do CP-V ARI (Adaptado da NBR

5733) ......................................................................................................................... 34

Tabela 3.4 - Distribuio Granulomtrica Comparao entre Areia de Natal e

Areia de Osrio) Baseado em Cruz, 2008 .............................................................. 36

Tabela 3.5 - ndices Fsicos Comparao entre Areia de Natal e Areia de

Osrio) - Baseado em Cruz, 2008 ............................................................................. 38

Tabela 3.6 - Programa de ensaios de compresso simples ...................................... 40

Tabela 3.7 - Ensaios de Compresso Simples.......................................................... 40

Tabela 3.8 Programa de ensaios triaxiais do tipo CID ........................................... 50

Tabela 3.9 - Ensaios de Compresso Triaxial ........................................................... 51

Tabela 3.10 - Valores do parmetro B para solos tpicos na saturao (Adaptado

de Cruz, 2008) ........................................................................................................... 60

Tabela 4.1 - Resultados dos ensaios de resistncia compresso simples ............. 64

Tabela 4.2 - Ensaios triaxiais drenados .................................................................... 73

Tabela 4.3 Parmetros de Resistncia das amostras de solo puro e

artificialmente cimentado ordenadas pelo teor de cimento. ...................................... 91

Tabela 4.4 - Parmetros de Resistncia das amostras de solo puro e

artificialmente cimentado ordenadas pelo ndice de vazios ...................................... 92

Tabela 4.5 - Ensaios triaxiais drenados c = 50 kPa ............................................. 96

Tabela 4.6 - Ensaios triaxiais drenados c = 100 kPa ......................................... 102

Tabela 4.7 - Ensaios triaxiais drenados c = 200 kPa ......................................... 108

Tabela 4.8 - Ensaios triaxiais drenados c = 300 kPa ......................................... 114

xx

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

ASTM American Society for Testing and materials

CID Consolidado isotropicamente drenado

CP V ARI - RS Cimento Portland de alta resistncia inicial resistente a sulfatos

FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

IFRN Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia do RN

LVDT Linear Variation Displacement Transductor

NBR Norma Brasileira Registrada

SUCS Sistema Unificado de Classificao dos Solos

RCS Resistncia compresso simples

UFPE Universidade Federal de Pernambuco

UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UFRN Universidade Federal do Rio Grande do Norte

xxi

LISTA DE SMBOLOS

B Parmetro de poropresso de Skempton

c Intercepto de coeso

C Teor de cimento calculado em relao massa do solo seco em

porcentagem

Ci Massa de cimento

Civ Teor volumtrico de cimento expresso em porcentagem

Cu Coeficiente de uniformidade

D10 Dimetro efetivo

e ndice de vazios do solo

G0 Mdulo cisalhante inicial

SP Areia mal graduada

Porosidade ou porosidade da mistura compactada

/(Civ) Fator vazios/cimento

p Tenso efetiva normal mdia = (1 + 2 + 3) / 3

q' Tenso desvio

qu Resistncia compresso simples ou no confinada

qmx Resistncia de pico no ensaio triaxial

Sr Grau de Saturao

Vci Volume de cimento

Vv Volume de vazios

xxii

w Teor de umidade

wsat Teor de umidade de saturao

Y Ponto de escoamento ou plastificao

Peso especfico aparente

w Peso especfico da gua

d Peso especfico aparente seco

s Peso especfico dos gros

a Deformao axial especfica

v = V/V Deformao volumtrica especfica

ngulo de atrito

Massa especfica do solo

Tenso total ou normal

c Tenso confinante efetiva

1 Tenso principal maior

3 Tenso principal menor

Tenso cisalhante

d Tenso desvio

1

INTRODUO

1.1. Consideraes iniciais

Em geral, os solos so formados a partir da meteorizao de uma rocha

preexistente pela ao de agentes intempricos. Os materiais resultantes desse

processo quando transportados do seu local de formao e depositados em algum

outro formam os chamados solos transportados ou sedimentares. Por outro lado,

quando o produto resultante do intemperismo permanece no local de sua formao, o

solo assim formado chamado de solo residual.

Nos solos residuais a formao se d a partir da degradao de uma rocha

matriz atravs da quebra das ligaes entre seus minerais e da formao de novos

minerais. Nos solos transportados, a sua formao envolve os processos de eroso,

transporte, deposio e adensamento sob ao do peso prprio. No caso dos solos

residuais no h, desde a transformao da rocha em solo, a separao

individualizada das partculas como ocorre nos solos transportados. Ocorre, no

entanto, a fragilizao das suas ligaes. Nos solos transportados, a tendncia

oposta, ou seja, podem ocorrer variaes ps-deposicionais que induzem a formao

de ligaes entre as partculas. Assim, independentemente da origem dos solos, um

aspecto marcante no seu esqueleto estrutural e, por conseguinte no seu

comportamento mecnico so as ligaes entre as partculas, o que pode dar origem

aos solos cimentados.

A cimentao pode ser descrita como a cristalizao de material inorgnico

carreado pela gua, que percola os vazios entre os gros (poros), ocupando-os e

adicionando ligao entre os gros do material.

Os modelos utilizados na Mecnica dos Solos Clssica foram desenvolvidos

considerando que o comportamento dos solos depende essencialmente do ndice de

vazios e da histria de tenses. Entretanto, em vrias partes do mundo e em particular

no Brasil, comum a existncia de solos com ligaes entre as partculas.

2

As peculiaridades do comportamento dos solos cimentados devem-se a fatores

estruturais herdados da rocha de origem e/ou a existncia de ligao entre as

partculas, normalmente atravs de cimentao de natureza qumica. Nos problemas

de engenharia que envolvem solo, como o caso de fundaes de estruturas,

estabilidade de encostas, obras de terra, dentre outros, um aspecto fundamental para

o sucesso das solues adotadas diz respeito s suas propriedades mecnicas e

hidrulicas.

notvel que os solos cimentados e residuais tm como caracterstica a boa

capacidade de manter taludes bastante ngremes estveis. Porm, apesar da rigidez

e resistncia elevadas do solo, tais taludes podem apresentar rupturas que pem em

risco vidas humanas e infraestruturas. Em funo disso importante considerar a

cimentao natural que est presente em alguns solos.

As areias, objeto de estudo desse trabalho, geralmente apresentam boa

capacidade de suporte esttica. Entretanto, s vezes se faz necessria a realizao

de melhoramento do solo, para aumento da resistncia e rigidez.

Dessa forma, pode-se afirmar que o entendimento do comportamento

mecnico dos solos cimentados, natural ou artificialmente, de grande importncia

para a engenharia uma vez que o desempenho desses solos repercute diretamente

no desempenho das obras de engenharia correntes. Alm disso, a soluo de

problemas geotcnicos que envolvem solos cimentados requer o estabelecimento de

critrios de anlise, projeto e execuo tecnicamente e economicamente viveis. Isso

implica na necessidade de prever o comportamento mecnico desses materiais

cimentados quando submetidos a condies especficas de trabalho.

1.2. Relevncia e Justificativa do Trabalho

O comportamento tenso-deformao, a rigidez e a resistncia ao

cisalhamento de solos cimentados variam com a magnitude e o tipo de ligao entre

as partculas. O efeito da cimentao assume maior importncia sob baixos nveis de

tenso, onde a coeso efetiva exerce uma importante funo nas obras de terra.

3

Essa constatao tem levado ao desenvolvimento de pesquisas no sentido de

compreender o comportamento desses solos e assim contribuir para a modelagem

adequada a ser empregada na soluo dos problemas de engenharia geotcnica.

Entretanto, por ser difcil coletar amostras indeformadas dos solos cimentados

naturalmente, mais comum o estudo da cimentao atravs de amostras

artificialmente cimentadas que simulem as condies naturais.

Alm disso, o melhoramento do solo atravs da cimentao, como tcnica de

tratamento do solo, tambm pode ser utilizado para aumentar a capacidade de suporte

do solo para fundaes e obras de terra, como camadas de pavimento em rodovias.

Esta tcnica tem se tornado uma tecnologia cada vez mais utilizada pois traz

vantagens tanto do ponto de vista econmico como do ponto de vista ambiental.

Outro aspecto relevante no estudo da cimentao dos solos o de se

determinar a porcentagem de agente cimentante artificial a ser adicionado em um solo

a fim de que venha a adquirir propriedades que garantam melhor comportamento

mecnico. Um exemplo disso encontrar qual a porcentagem de agente cimentante

capaz de evitar a liquefao em areais.

J existem vrios estudos sobre o assunto e muitos aspectos relevantes dos

solos cimentados vem sendo analisados. Consoli et al (2007) estudaram a influncia

do teor de cimento, da porosidade e do teor de umidade de moldagem na resistncia

compresso de misturas de solo cimentado; Viana da Fonseca e Coutinho (2008)

analisaram a coeso de solos naturalmente cimentados; Cruz (2008) estudou as

caractersticas mecnicas de uma areia fina artificialmente cimentada (areia de

Osrio); Severo (2011) estudou o comportamento do solo sedimentar cimentado da

Ponta do Pirambu nos estados indeformado e cimentado artificialmente. Lopes (2012)

variou o ndice de vazios e os teores de cimento para realizao de ensaios de

compresso simples sob condio inundada e no inundada de uma areia de dunas

da regio de Natal/RN. Realizou tambm ensaios triaxiais no drenados variando as

tenses confinantes e os teores de cimento.

Dando continuidade ao estudo iniciado por Lopes (2012), este trabalho

apresenta contribuio de natureza cientfica, colaborando na obteno de mais

informaes que ajudaro a compreender melhor o comportamento mecnico da areia

artificialmente cimentada originria de dunas da regio de Natal.

4

1.3. Objetivos

1.3.1. Geral

O objetivo geral deste estudo consiste em identificar o efeito do ndice de

vazios, do teor de cimento, da tenso confinante e do teor de umidade de moldagem

sobre o comportamento tenso - deformao - resistncia de uma areia cimentada

artificialmente atravs de ensaios de compresso simples e ensaios de compresso

triaxial drenados (CID).

1.3.2. Especficos

Como objetivos especficos destacam-se:

- Estudar o efeito da umidade de moldagem e do teor de cimento sobre a resistncia

compresso simples da areia artificialmente cimentada;

- Identificar o efeito do ndice de vazios sobre a deformao volumtrica e sobre a

resistncia ao cisalhamento da areia pura;

- Identificar o efeito do grau de cimentao entre as partculas e do ndice de vazios

sobre as caractersticas de resistncia ao cisalhamento da areia artificialmente

cimentada;

- Obter as superfcies de escoamento plstico das areias pura e artificialmente

cimentada;

- Estudar a dilatncia das amostras das areias pura e artificialmente cimentadas;

- Verificar a validade do uso do fator vazios/cimento na anlise do comportamento

dos solos cimentados artificialmente.

1.4. Organizao da dissertao

Esta dissertao composta por cinco captulos, tendo incio por este captulo

5

introdutrio (Captulo 1), no qual so apresentados os objetivos, a relevncia e

justificativa do trabalho e a sua organizao.

A reviso bibliogrfica sobre solos cimentados exibida no Captulo 2, que

aborda o comportamento de solos cimentados naturalmente (residuais e

sedimentares) e solos cimentados artificialmente, mostrando que as ligaes entre

partculas so comuns em vrios materiais de origem geolgica que vo das argilas

moles at as rochas brandas. Analisa-se a influncia do grau de cimentao,

compactao e umidade, na rigidez e na resistncia mecnica de diversos solos

denominados estruturados.

O Captulo 3 composto pela caracterizao dos materiais e pela apresentao

da metodologia e programa experimental desenvolvido. So descritos os

equipamentos utilizados para a realizao dos ensaios e detalhada a sistemtica

empregada para a moldagem das amostras, montagem e execuo dos ensaios de

compresso simples e ensaios de compresso triaxial drenados (CID).

O captulo 4 composto pelos resultados obtidos a partir dos ensaios

realizados na pesquisa. Resultados estes que compreendem os ensaios de

resistncia compresso simples das misturas e os ensaios triaxiais, analisando-se

o comportamento da matriz de solo que uma areia mdia com adies de cimento

Portland CP V ARI RS. Juntamente com este estudo, foi realizada uma

comparao da areia de Natal/RN com a areia de Osrio/RS. Na compresso simples

foi avaliado o efeito do teor de umidade na resistncia mecnica das amostras

ensaiadas. Tambm foi relacionado o volume de vazios com o volume de cimento

utilizado. No caso da compresso triaxial, as variveis analisadas foram o ndice de

vazios, o grau de cimentao e o efeito de diferentes tenses confinantes no

comportamento tenso deformao da mistura de areia e cimento e de solo puro.

Tambm so discutidos o efeito do ndice de vazios das amostras e do teor de cimento

da mistura sobre a resistncia ao cisalhamento e sobre o comportamento volumtrico.

Tambm foram analisadas a dilatncia e as superfcies de escoamento plstico.

E por fim, no Captulo 5 so expostas as concluses deste estudo, bem como

recomendaes e sugestes para futuras pesquisas.

6

REVISO BIBLIOGRFICA

Nas ltimas dcadas foram desenvolvidos muitos trabalhos com o objetivo de

compreender o efeito da estrutura e das ligaes entre as partculas do solo sobre o

seu comportamento mecnico. Nos estudos experimentais so realizados ensaios de

compresso simples, ensaios triaxiais, ensaios de cisalhamento direto e ensaios de

trao. Os trabalhos abordam o comportamento de solos residuais cimentados

naturalmente, solos sedimentares com cimentao natural e artificialmente

cimentados. Diante disso, apresenta-se a seguir uma reviso de alguns desses

trabalhos.

2.1 Solos Estruturados

Leroueil e Vaughan (1990) procuraram demonstrar que ligaes entre

partculas so comuns em vrios materiais de natureza geolgica. Assim, apesar de

serem tratados como casos especiais, os solos que apresentam algum tipo de ligao

entre partculas aparecem com mais frequncia do que normalmente se supe.

Segundo esses autores, verifica-se a presena de ligaes em argila mole, argila rija,

solos granulares, solos residuais, rochas brandas e em rochas intemperizadas. Tais

ligaes podem resultar de vrios processos, tais como, soluo e deposio de slica

nos contatos entre partculas em areias, soldagem a frio (cold welding) nos contatos

sob elevados nveis de tenso, da deposio de carbonatos, hidrxidos e matria

orgnica em soluo, da cristalizao de minerais durante o intemperismo, da

modificao da camada de gua adsorvida e da fora de atrao interpartculas em

solos argilosos.

De acordo com Leroueil e Vaughan (1990), essas ligaes apresentam

importante efeito no comportamento de engenharia desses materiais e que apesar da

natureza complexa das ligaes, esses efeitos podem ser descritos de uma maneira

7

simples e geral, bem como, sua descrio pode ser includa nos conceitos gerais da

Mecnica dos Solos. Os autores usaram o termo estruturado para a descrio

desses tipos de solos.

A estrutura proporciona ao solo, quando este comparado ao mesmo material

no estado reconstitudo (desestruturado), resistncia e rigidez notadamente

superiores e modifica a relao entre as tenses efetivas mdias e o volume de vazios,

permitindo o equilbrio para estados volumtricos impossveis de serem sustentados

sem a presena da estrutura. Este aspecto ilustrado na Figura 2.1 para o

comportamento na compresso isotrpica ou unidimensional (PRIETTO, 2004).

Vaughan et al. (1988), citados por Leroueil e Vaughan (1990), apresentam

esquematicamente um modelo para o comportamento de solos estruturados sob

carregamento unidimensional ou isotrpico (Figura 2.1). O modelo prope duas

regies no grfico tenso versus ndice de vazios: a regio limitada pela linha do

estado mais fofo do solo para o seu estado desestruturado (linha de compresso

virgem intrnseca), e a regio alm desta linha na qual o solo pode existir somente

devido a sua estrutura. No espao permitido para todos os estados estruturais as

deformaes so somente elsticas, independentemente da resistncia da estrutura,

permanecendo rgido at a plastificao (ponto Y), onde, a partir de ento, com o

incremento de tenso e consequente quebra progressiva da estrutura, apresentar

maiores deformaes em direo ao estado desestruturado. A posio do ponto de

plastificao Y depender da resistncia da estrutura (Rotta, 2005).

Justamente por essa similaridade de comportamento em materiais to distintos,

que vo desde argilas at as rochas brandas, e da difcil identificao da origem da

estrutura, a literatura muitas vezes apresenta solo estruturado, solo cimentado,

bonded soil, etc. como sinnimos de um solo que apresenta uma estrutura que lhe

confere determinado comportamento. Porm, cabe salientar que nem todo solo

estruturado apresenta cimentao entre as partculas (Rotta, 2005).

8

Leroueil e Vaughan (1990) demonstraram que a resposta tenso-deformao

de materiais geotcnicos estruturados depende fundamentalmente do estado inicial

do material em relao superfcie de plastificao e linha de estado crtico no

estado desestruturado. Com base nisso, Coop e Atkinson (1993) descreveram o

comportamento idealizado de um solo cimentado, Figura 2.2, dividindo-o em trs

diferentes classes. A primeira Classe de comportamento (3, na Figura 2.2) ocorre

quando a amostra ultrapassa o seu ponto de plastificao durante a compresso

isotrpica; o cisalhamento, neste caso, produz um comportamento similar ao da

amostra no cimentada. A segunda classe de comportamento (2, na Figura 2.2) ocorre

para um estado de tenses efetivas intermedirio, no qual a quebra das cimentaes

se d durante o cisalhamento; a resistncia governada basicamente pela

Figura 2.1 - Comparao entre o comportamento estruturado e desestruturado na compresso isotrpica ou unidimensional (Fonte: Prietto 2004; baseado em: Vaughan et al., 1988)

9

componente friccional do solo, agora no cimentado; a curva tenso-deformao deve

apresentar um pronunciado ponto de plastificao aps um trecho aparentemente

elstico. Na terceira classe (1, na Figura 2.2) a amostra cisalhada a baixos nveis de

tenso efetiva em relao ao grau de cimentao; um pico ocorre a pequenas

deformaes e para tenses bem acima da superfcie de estado limite do solo no

cimentado. Todas as classes, a grandes deformaes convergem para a linha de

estado crtico do solo desestruturado. O comportamento idealizado apresentado na

Figura 2.2 verificado nos casos em que h predominncia na estrutura do solo da

cimentao sobre a componente friccional. Para o caso de predominncia da

componente friccional, quando o comportamento do material governado pela

dilatncia, Cuccovillo e Coop (1999) sugerem o padro de comportamento mostrado

na Figura 2.3. Neste caso, picos de resistncia e comportamento tenso-deformao

linear so obtidos somente para baixas tenses confinantes (1, na Figura 2.3);

compresso e quebra de partculas estariam limitadas a altas tenses de

confinamento (3, na Figura 2.3). Para tenses confinantes intermedirias, o

comportamento tenso-deformao pode ser linear no incio do cisalhamento

tornando-se no-linear aps a quebra da cimentao (2a, na Figura 2.3), ou ser

totalmente no-linear (2b, na Figura 2.3). Em ambos os casos, o pico governado

pela dilatncia do material (Prietto, 2004).

10

Figura 2.2 - Comportamento idealizado de um solo cimentado onde o efeito da cimentao preponderante (Prietto, 2004; baseado em Coop; Atkinson, 1993; Cuccovilo; Coop, 1999)

11

Figura 2.3 - Comportamento idealizado de um solo cimentado onde o efeito da componente friccional preponderante.

(Prietto, 2004; baseado em Cuccovillo; Coop, 1999)

12

2.2 Solos Cimentados

Solos cimentados so aqueles materiais que contm algum agente cimentante

ligando suas partculas de solo. Esses materiais encontram-se numa faixa

intermediria entre solos e rochas, em termos de porosidade, resistncia e

compressibilidade (LEROUEIL & VAUGHAN, 1990). Cuccovillo e Coop (1999)

propuseram que o comportamento do solo cimentado pode ser coesivo ou friccional,

dependendo da combinao entre o grau de cimentao e o nvel de tenses mdias

efetivas.

2.2.1 Solos Residuais Naturalmente Cimentados

De acordo com Vaughan (1985), o comportamento observado nos resultados

de ensaios realizados em solos residuais compatvel com aquele obtido em solos

que apresentam ligaes fracas entre as partculas. Nos solos residuais essas

ligaes so herdadas da rocha de origem ou formadas por cimentao desenvolvida

no processo de intemperismo.

Lee e Coop (1995) afirmam que, mesmo sem a presena de agentes

cimentantes, as partculas de alguns solos residuais podem ser mantidas juntas

devido ao embricamento (interlocking) existente numa escala microscpica. Esse

embricamento resulta da ausncia de eroso e transporte na gnese dos solos

residuais, o que implica na formao de partculas angulares a sub-angulares. Em

outros casos, como quando se trata de minerais argilosos, as ligaes entre as

partculas so feitas atravs de foras eletrostticas.

Lee e Coop (1995) estudaram o comportamento de solos residuais de granito

atravs de ensaios sobre amostras reconstitudas (solo desestruturado) e concluram

que, no caso de amostras saturadas, esse comportamento pode ser descrito pela

Mecnica dos Solos dos Estados Crticos. Alm disso, observou que as deformaes

volumtricas plsticas de compresso ocorrem, principalmente, devido quebra de

partculas. No caso dos solos estudados, o processo de quebra se d na separao

13

das amlgamas existentes nas partculas e na quebra ao longo de fissuras

preexistentes. Os autores destacam que esse processo bastante diferente do que

ocorre no caso de areias carbonticas e areias silicosas, onde a quebra resulta do

fraturamento individual das partculas.

Viana da Fonseca e Coutinho (2008) analisaram a cimentao em solos

naturais e concluram que a coeso no um simples conceito. Como mencionado

por Santamarina (1997) e atualizado por Locat et al. (2003), a coeso de solo pode vir

de vrias fontes. Seis so apontadas por autores mais recentes. A primeira devida

a foras eletrostticas fornecida pela resistncia ao contato, atrao de Van der Waals

e foras da dupla camada, relacionadas a concentrao inica dos fluidos nos poros

(somente em solos coesivos). A segunda a cimentao, que a aderncia qumica.

A terceira a aderncia de partculas de argila ao redor de partculas maiores de silte

ou areia, tambm chamadas clay bonding. A quarta a cimentao de contato

desenvolvida com o tempo e presso. A quinta resulta da interao da matria

orgnica com partculas, principalmente fibras, as quais podem atrair partculas a

partir de sequncias de agregados maiores. A sexta fonte da coeso causada pela

suco (ou poro-presso negativa em condies parcialmente saturadas) as quais

podem resultar em coeso aparente.

Viana da Fonseca e Coutinho (2008) destacam como fontes principais: a

adeso e cimentao de contato. O trabalho citado observa, contudo, que alguns

sinais de coeso no so reais, mas reflexos decorrentes de outros fenmenos:

cisalhamento no drenado - quando a velocidade de carregamento exceder a

velocidade de dissipao da poro-presso; dilatncia - a tendncia de um solo para

dilatar que diretamente relacionada densidade e diminui com o aumento do

confinamento; excentricidade das partculas - que mostram o comportamento ps-pico

e bandas de cisalhamento, mesmo em amostras mais fofas.

Estudos realizados por Sandroni e Macarini (1981) em um solo residual de

gnaisse mostraram que o mesmo pode apresentar dois tipos de comportamento

tenso deformao (identificados como tipo A e tipo B). No comportamento tipo A, o

solo apresenta um pico de resistncia bem definido que ocorre para pequenas

deformaes. Em termos de variao de volume, o solo apresenta uma leve

compresso inicial seguido de expanso. No comportamento tipo B, o solo atinge a

14

resistncia mxima com grandes deformaes, associadas a compresso volumtrica

significativa. O primeiro tipo de comportamento foi obtido em ensaios triaxiais

realizados com baixos nveis de tenso confinante, independentemente da

profundidade da amostra (e consequentemente do grau de intemperismo). Para nveis

elevados de tenso confinante, apresentaram comportamento tipo B as amostras

coletadas mais prximas superfcie, enquanto que aquelas obtidas a maiores

profundidades mostraram comportamento tipo A.

Santos Jr. et al (2004) apresentaram e discutiram os resultados de ensaios

triaxiais drenados e no drenados executados no solo residual da encosta do

Soberbo, no Rio de Janeiro. O solo apresentou comportamento dilatante sob baixos

nveis de tenso e compressivo sob nveis mais elevados. Esse comportamento foi

atribudo a efeitos estruturais herdados da rocha de origem (ligaes entre as

partculas). Nesse trabalho, os resultados dos ensaios foram analisados luz da teoria

dos estados crticos, tendo ainda sido identificada a superfcie de escoamento

plstico, abaixo da qual o solo apresenta comportamento elstico e acima o

comportamento plstico.

2.2.2 Solos Sedimentares Naturalmente Cimentados

Em geral, a maioria dos solos sedimentares apresenta algum grau de

cimentao. Nos solos sedimentares saturados, ela pode ser muito pequena, fruto de

um arranjo entre partculas, por efeito das foras fisico-qumicas naturais dos

minerais-argila. Em outros a cimentao tem grande importncia, principalmente

naqueles que permanecem acima do lenol fretico aps sua formao, sofrendo

lixiviao tanto das guas da chuva como da elevao do nvel da gua subterrneo

que age dissolvendo os sais presentes e depositando-os com nova estrutura qumica

quando se evaporam (Severo, 2011).

Clough et al (1981) analisaram o comportamento de areias cimentadas

(naturais e artificiais) por meio de ensaios triaxiais, compresso simples e de trao.

Mostraram que o aumento da intensidade da cimentao resulta no aumento da

rigidez e da resistncia de pico. Propuseram ainda que o arranjo interno e o tamanho

15

das partculas tambm exercem forte influncia na rigidez e na resistncia de pico.

Constataram tambm que os solos com maior porcentagem de finos e melhor

distribuio granulomtrica so mais resistentes que aqueles com poucos finos e mal

graduados. Dessa forma, concluram que h maior nmero de pontos de contato entre

as partculas no solo, permitindo maior vnculo cimentante. Comparando os solos

artificialmente cimentados com aqueles que possuem cimentao natural, os

resultados foram muito semelhantes. Observaram ainda que a cimentao das areias

no modifica o ngulo de atrito significativamente, aumentando apenas o intercepto

de coeso e a resistncia a trao.

Ensaios triaxiais convencionais e segundo vrias trajetrias de tenses

realizados em amostras com cimentao calcrea natural realizados por Airey (1993)

mostraram que o grau de cimentao aumentou o mdulo de cisalhamento e a tenso

de escoamento plstico.

Severo (2011) estudou o comportamento mecnico de solos sedimentares da

Formao Barreiras, na falsia da Ponta do Pirambu no municpio de Tibau do Sul

RN. Estudos anteriores indicavam que estabilidade das falsias do litoral do Rio

Grande do Norte garantida pela cimentao natural entre partculas. Seu estudo

teve como objetivo a caracterizao geotcnica da falsia e a anlise da influncia da

cimentao do solo no seu comportamento. Severo (2011) estudou o solo nos estados

indeformado e cimentado artificialmente atravs de ensaios triaxiais. Foi constatado

que para as tenses efetivas estudadas, a resistncia ao cisalhamento de solos

naturalmente e artificialmente cimentados pode ser representada por uma envoltria

reta de Mohr-Coulomb, definida por uma coeso, que funo da cimentao e por

um ngulo de atrito que parece ser pouco afetado pela cimentao. Os resultados

sugerem a existncia de um estado ltimo que parece no ser afetado pela

cimentao, onde a tenso desvio se aproxima de um valor constante com o aumento

da deformao axial.

16

2.2.3 Solos Cimentados Artificialmente

Clough et al (1979) fizeram ensaios de compresso simples e de compresso

triaxial para estudar o comportamento de um solo arenoso estabilizado com a injeo

de slica em gel. Os resultados dos ensaios mostraram que o aumento da

concentrao de agente cimentante no gel aumenta a resistncia do solo. O efeito da

estabilizao do silicato est no fato de transmitir rigidez e coeso ao solo, uma vez

que o ngulo de atrito em solos melhorados com cimento ou agentes cimentantes,

como o caso, no so alterados significativamente. Sendo assim, concluram que

componentes do Graute; presso confinante; taxa de carregamento; processo de cura

da amostra; tempo de cura da amostra e granulometria do solo afetam diretamente a

estabilizao de solos por silicatos injetados na forma de graute.

Dupas e Pecker (1979) estudaram uma areia artificialmente cimentada, com o

objetivo de estabilizar um material para suporte de uma obra. Para isso, realizaram

ensaios triaxiais, considerando situaes estticas e dinmicas. Analisando os

resultados obtidos, concluram que a coeso aumentou com o teor de cimento e com

o peso especfico seco, mas o ngulo de atrito no sofreu alterao.

Coop e Atkinson (1993) com base em ensaios realizados sobre areias

carbonticas cimentadas artificialmente mostraram que a direo da trajetria de

tenses, as condies de drenagem e a tenso confinante afetam a resistncia de

pico. Os resultados indicaram tambm que o comportamento tenso deformao

das amostras cimentadas depende da posio inicial do estado de tenso do solo em

relao a superfcie de escoamento plstico das ligaes.

Das et al (1995) realizaram ensaios para determinao da resistncia a trao

(Ensaio Brasileiro) e de compresso simples em amostras de areias cimentadas

artificialmente. Os resultados mostraram que a resistncia a trao e a compresso

aumentam com o aumento do teor de cimento, enquanto que as deformaes na

ruptura diminuem tanto na trao como na compresso.

Rotta et al (2001) apresentaram interessante abordagem para o estudo do

comportamento de solos cimentados. No estudo foram analisados os efeitos do ndice

de vazios e do nvel de cimentao sobre o comportamento de solo cimentado

17

artificialmente. Os resultados mostraram que h expanso da superfcie de

escoamento e aumento da coeso com a diminuio do ndice de vazios e com o

aumento do teor de cimento. Por outro lado, o ngulo de atrito no sofreu alterao.

Schnaid et al. (2001), estudaram um solo arenoso cimentado artificialmente

realizando ensaios de compresso simples. Observaram que a resistncia

compresso obtida nesse tipo de ensaio uma medida direta do grau de cimentao.

Mostraram ainda que a resistncia obtida em ensaios triaxiais pode ser expressa

como sendo composta de duas variveis: do ngulo de atrito do material

desestruturado e da resistncia compresso simples.

Prietto (2004) estudou a resistncia e a dilatncia de solos cimentados,

apresentando aspectos do seu comportamento mecnico (areia siltosa residual de

arenito Botucatu do municpio de So Leopoldo-RS, areia fina quartzosa de Osrio-

RS e Argila silto-arenosa sedimentar do municpio de Cachoeirinha-RS) e concluiu

que, de forma geral, o comportamento tenso-deformao de um solo cimentado pode

ser descrito como sendo inicialmente rgido, aparentemente linear, at um ponto de

plastificao bem definido, a partir do qual o solo experimenta deformaes plsticas

crescentes at a ruptura, que ocorre de modo frgil para a faixa de tenses efetivas

mdias iniciais estudadas (20 a 500 kPa). O comportamento ps-pico observado

sugere a existncia de um estado ltimo onde a tenso desvio e as deformaes

volumtricas se tornam estveis com a deformao axial.

Todos os aspectos analisados do comportamento mecnico do solo

artificialmente cimentado foram, em maior ou menor grau, influenciados pela variao

do grau de compactao, da tenso efetiva mdia inicial e do ndice de vazios. Em

alguns aspectos, como a resposta na resistncia compresso no confinada, por

exemplo, verificou-se uma forte interao entre estas variveis, isto , o efeito de uma

delas sobre o comportamento do material era dependente do nvel da outra varivel.

A anlise e interpretao dos resultados de compresso isotrpica indicam que aps

a progressiva degradao do material cimentado h uma lenta, porm efetiva,

convergncia para o estado reconstitudo (PRIETTO, 2004).

Consoli et al (2007) estudaram a influncia do teor de cimento, da porosidade

e do teor de umidade de moldagem na resistncia compresso de misturas de uma

areia argilosa de Porto Alegre e cimento. O estudo teve como objetivo desenvolver

18

critrios para dosagens desse tipo de mistura em melhoramento do solo. Os

resultados mostraram que a resistncia compresso aumenta linearmente com o

teor de cimento e exponencialmente medida que a porosidade diminui como

possvel observar nas Figuras 2.4 e 2.5. A variao do teor de umidade de moldagem

tambm exerce influncia marcante na resistncia compresso de misturas

preparadas com o mesmo peso especfico seco.

De acordo com Consoli et al. (2007), o fator vazios/cimento, definido pela razo

entre a porosidade da mistura compactada (n) e o teor volumtrico de cimento (Civ),

quando ajustado por um expoente, tem se mostrado adequado para avaliao da

resistncia compresso simples e compresso triaxial para os solos j estudados

e apresenta grande utilidade no projeto e controle de execuo de camadas de solos

tratadas com cimento. Para o solo estudado, a relao /Civ foi ajustada por um

expoente igual a 0,28, conseguindo um coeficiente de correlao de 0,97 (Figura 2.6).

Cruz (2008) estudou as caractersticas mecnicas de areia fina artificialmente

cimentada, com o objetivo de verificar a validade do uso do fator vazios/cimento na

estimativa da resistncia compresso simples, rigidez inicial, resistncia

compresso triaxial em condies drenadas com medidas de G0, comportamento

tenso-dilatncia e comportamento tenso-deformao da areia de Osrio. Segundo

Cruz (2008), o fator vazios/cimento um parmetro eficaz e confivel quanto a

previso de comportamento de material para dosagem de solo cimento em projetos

geotcnicos. Para o solo estudado, a relao /Civ foi ajustada por um expoente igual

a 1, conseguindo um coeficiente de correlao de 0,98 (Figura 2.7).

19

Figura 2.4 - Grfico da Resistncia a compresso simples x Grau de cimentao (Consoli et al., 2007)

Figura 2.5 - Grfico da Resistncia a compresso simples x Porosidade (Consoli et al., 2007)

20

Figura 2.6 - Ajuste do fator vazios/cimento expressa em termos da

porosidade e do teor volumtrico de cimento (/Civ)

(Fonte: Consoli et al., 2007)

21

Figura 2.7 - Resistncia compresso simples x fator vazios/cimento expresso em termos da porosidade e do teor de cimento volumtrico. (Cruz, 2008)

Cruz (2008) tambm concluiu que quanto maior a granulometria do solo,

utilizando-se como referncia o D10 dos materiais, maior o expoente de ajuste no

denominador do fator vazios/cimento (n/(Civ)expoente) nas curvas qu x n/(Civ)expoente

(Figura 2.8). Cruz (2008) tambm ajustou as curvas para diferentes tenses desvios

como mostrado na Figura 2.9 para a areia de Osrio.

22

Figura 2.8 - Resistncia compresso simples x fator vazios/cimento com coeficiente de ajuste das curvas para diversos materiais. SRAB (Solo Residual de Arenito Botucatu), CCR (Concreto

Compactado com Rolo). (Fonte: Cruz, 2008).

Figura 2.9 - Tenso x Fator vazios/cimento da areia de Osrio para as diferentes tenses de

confinamento (Cruz, 2008).

23

Cruz e Consoli (2010) apresentaram uma metodologia de dosagem de um

solo cimentado submetido trao. A metodologia de dosagem que os autores

propuseram foi utilizar uma dosagem baseada na resistncia e no fator

vazios/cimento. Este por sua vez, atravs de uma curva, relaciona dois parmetros

da mistura, o primeiro parmetro a porosidade, que indica o grau de compactao

do material, o segundo o volume de cimento, que indica a quantidade de cimento.

Com base nesta curva pode-se especificar a dosagem baseada na resistncia

desejada, ou vice-versa, pode-se especificar a resistncia em funo de uma

dosagem pr-definida. O material utilizado no estudo foi a areia de Osrio cimentada,

material muito utilizado na regio de Porto Alegre e vizinhana. A areia de Osrio

uma areia fina com granulometria uniforme e a ela foi acrescentado cimento Portland

CPV-ARI. Foram realizados ensaios de resistncia trao por compresso diametral

no material, para quantidades de cimento que variam de 1 a 9%, para uma mistura

com 10% de teor de umidade de moldagem. Como resultado obtiveram a curva do

fator vazios/cimento versus resistncia trao por compresso diametral. Mostraram

que a referida curva pode ser utilizada na dosagem desses materiais com excelente

acuidade em obras de engenharia em que a metodologia apresentada seja adequada.

Severo (2011) constatou que, para as amostras de areia argilosa latertica

cimentadas artificialmente, quanto maior a cimentao das amostras, maior a tenso

desvio; e quanto maior o peso especfico aparente seco, para um mesmo teor de

cimento, a tenso desvio tambm aumentar (Figuras 2.10 e 2.11). A variao da

densidade das amostras provocou um aumento tanto da coeso, quanto do ngulo de

atrito. Entretanto, a variao do teor de cimento das amostras no provocou

claramente um aumento do ngulo de atrito, para os teores de cimento e densidades

estudados.

24

Figura 2.10 - Tenso-deformao d = 17,2 kN/m; c = 20kPa. A1 = 17,2 kN/m

(Fonte: Severo, 2011)

Figura 2.11 - Tenso-deformao C = 5%; c = 20kPa. A1 = 17,2 kN/m, A2 = 18,0 kN/m e A3 = 18,8 kN/m

(Fonte: Severo, 2011)

Severo (2011) tambm mostrou que o fator vazios/cimento expresso por

(n/(Civ)expoente) foi vlido na anlise da resistncia compresso simples e ao

compresso triaxial. A Figura 2.12 apresenta um grfico expressando as curvas

tenso x fator vazios/cimento para cada tenso confinante utilizada. Os coeficientes

de correlao variaram entre 0,9492 para tenso efetiva de confinamento de 20 kPa

e 0,9802 para tenso efetiva de 100 kPa, com expoente de ajuste de 0,60 para as trs

curvas. O coeficiente obtido foi menor do que solos de granulometria mais grossa j

estudados, ratificando os trabalhos de Consoli et al. (2007) e Cruz (2008). De acordo

Peso Especfico Aparente Seco - A1

0

400

800

1200

1600

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

ea (%)

q (

kP

a)

2%

3,5%

5%

5% Cimento

0

400

800

1200

1600

2000

2400

2800

3200

3600

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00

ea (%)

q (

kP

a)

A1

A2

A3

25

com esses estudos, quanto maior a granulometria do solo, maior o expoente de

ajuste no denominador do fator vazios/cimento (n/(Civ)expoente) nas curvas q x

n/(Civ)expoente.

Figura 2.12 - Curvas tenso versus fator vazios/cimento com coeficiente de ajuste

(Fonte: Severo, 2011)

Consoli et al. (2012a) estudaram a influncia do teor de umidade de moldagem

na resistncia mecnica de uma areia artificialmente cimentada utilizando o fator /Civ.

A areia utilizada foi coletada da regio de Osrio, no sul do Brasil. Foram avaliados 4

teores de umidade, 3 ndices de vazios e 4 teores de cimento e realizados ensaios de

compresso simples. Os resultados mostraram que o teor de umidade de moldagem

da mistura solo-cimento apresenta grande influncia sobre a resistncia final do solo

melhorado. O aumento do teor de umidade provocou uma queda na resistncia

compresso simples da mistura (Figura 2.13). Em mdia, uma queda de 2% no teor

q = 473135[n/(Civ)0,60]-1,903

R2 = 0,9492

q = 409515[n/(Civ)0,60]-1,7901

R2 = 0,9802

q = 151154[n/(Civ)0,60]-1,372

R2 = 0,9732

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

15 20 25 30 35

n/(Civ)0,60

q (

kP

a)

20 kPa

100 kPa

300 kPa

26

de umidade provocou um aumento de 10% na resistncia compresso. Este

comportamento foi observado para os diferentes teores de cimento (3%, 5%, 7% e

9%), e os diferentes ndices de vazios utilizados (0,65; 0,73 e 0,81) (CONSOLI, 2012).

Figura 2.13 - Variao da resistncia compresso simples com a umidade de moldagem da mistura solo-cimento (Fonte: Consoli, 2012)

27

Lopes (2012) estudou a utilizao de cimento no melhoramento das

propriedades mecnicas da areia originria de Dunas da regio de Natal. Foram

avaliadas as influncias do teor de cimento, do ndice de vazios, da inundao e da

tenso confinante. Para tal, foi necessria a realizao de ensaios de compresso

simples e ensaios de compresso confinada no drenados. Lopes (2012) concluiu

que, para os ensaios triaxiais, quanto maior a tenso confinante e a quantidade de

cimento adicionado areia, maior a sua resistncia final, como mostra a Figura 2.14.

Da mesma forma, quanto menor o ndice de vazios, mais resistente ela se

apresentar. Nos graus de cimentao adotados, a utilizao de diferentes critrios

de ruptura no alterou significativamente os valores de ngulo de atrito. Para os

ensaios de compresso simples, os resultados foram analisados em funo da relao

Vv/Vci. Tanto para as amostras inundadas como para aquelas no inundadas, quanto

menor o coeficiente Vv/Vci, maior a resistncia. Assim, as Figuras 2.15 e 2.16 evidenciam

que quanto mais cimento ou quanto menos vazios, maior ser a resistncia do solo. Alm

disso, foi observado que os valores de resistncia para amostras no inundadas se

apresentaram ligeiramente maiores.

Figura 2.14 - Tenso Desviadora x Deformao Axial. (Fonte: Lopes, 2012)

28

Figura 2.15 - Relao Vv/Vci com a resistncia compresso simples para amostras inundadas.

(Fonte: Lopes, 2012)

Figura 2.16 - Relao Vv/Vci com a resistncia compresso simples para amostras no inundadas.

(Fonte: Lopes, 2012)

Consoli et al. (2012b) estudaram acerca dos parmetros-chave para o controle

da resistncia e rigidez dos solos cimentados, utilizando dois solos diferentes. O

primeiro solo uma areia siltosa, derivada de granito intemperizado, obtido da regio

do Porto, Norte de Portugal. O segundo solo uma areia obtida da regio de Osrio,

Porto Alegre, no sul do Brasil. O estudo mostrou a influncia do teor de cimento e da

porosidade sobre o mdulo de cisalhamento inicial e (Go) e sobre a resistncia a

compresso (qu). Foi concludo que a relao porosidade/cimento um parmetro

29

adequado para avaliar tanto a rigidez inicial quanto a resistncia compresso

simples das misturas de solo-cimento estudadas e que cada solo tem uma relao

nica G0/qu x porosidade/cimento, relacionando rigidez e resistncia (Figura 2.17).

Figura 2.17 - Relao entre Go/qu e a razo porosidade/cimento para os solos cimentados (Areia uniforme e Areia siltosa bem graduada). (Fonte: Consoli et al., 2012b)

Rios et al. (2013) analisaram a influncia do tamanho dos gros e da

mineralogia do solo sobre o expoente () que ajusta a relao (/Civ), muito til para

analisar solos artificialmente cimentados. Para isso, o solo derivado do granito da

regio de Porto, Portugal (conhecido como Areia Siltosa do Porto) foi dividido em 3

fraes diferentes, cuja distribuio do tamanho dos gros e mineralogia eram

conhecidos. Os expoentes () foram obtidos correlacionando a relao (/Civ) com o

mdulo cisalhante mximo e com a resistncia a compresso simples. Os resultados

mostram que a distribuio de tamanhos de gros explica parte da variao de , mas

a mineralogia e a forma das partculas parecem ter uma influncia mais decisiva.

30

PROGRAMA EXPERIMENTAL, MATERIAIS E

MTODOS

3.1. Programa Experimental

O programa experimental foi preparado com o objetivo de identificar as

caractersticas de resistncia, analisar a influncia da intensidade das ligaes entre

as partculas sobre a superfcie de escoamento plstico e validar o uso do fator

Vazios/Cimento (/Civ) na dosagem da mistura solo-cimento.

Foram realizados ensaios de caracterizao do material estudado, incluindo a

verificao do teor de umidade higroscpico do solo, granulometria, ndices de vazios

mximo e mnimo e massa especfica do solo e do cimento. A segunda parte do estudo

compreendeu o entendimento das caractersticas mecnicas do material, com a

realizao de ensaios de resistncia compresso simples (RCS). Na terceira parte

do estudo realizaram-se ensaios triaxiais, que mostraram o comportamento do

material quando su